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脉冲群抗扰度试验的重复性和可比性


脉冲群抗扰度试验的重复性和可比性

脉冲群抗扰度试验结果的重复性和可比性己成与企业试验人员讨论*多的话题之一,究其原因,主要还是试验人员对标准理解不深,和所采用的试验配置不规范所致。本文试图从这几个问题入手,作一些探讨,帮助企业试验人员提高试验的准确性。
 
 
一.脉冲群干扰试验的本意是共模试验
企业试验人员所犯错误之一是对脉冲群干扰的性质理解有误。以致他们认为在电源线上的脉冲群抗扰度试验简单得如同做普通电路试验那样只需将脉冲群发生器面板上的两根注有干扰的电源输出线直接加到受试设备的电源输入端,而无需有任何其他试验配置。
关于脉冲群干扰的性质在标准(国家标准GB/T17626.4-1998和国际标准IEC61000-4-4:1995)中指出(见GB/T17626.4标准文本的第4页的6.2节:交/直流电源端口的耦合/去耦网络),这个网络(指电源端口的耦合/去耦网络)提供了在不对称条件下把试验电压施加到受试设备的电源端口的能力。这里所谓不对称干扰是指线(电源线)与大地之间的干扰。作为佐证,在标准提供的示意图(本文的图1)中可以看到从试验发生器来的信号电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线(L1、L2、L3、N及PE)上,信号电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连,机壳则接到参考接地端子上。这就表明脉冲群干扰实际上是加在电源线与参考地之间,因此加在电源线上的干扰是共模干扰。
 
关于电容耦合夹的应用,在GB/T17626.4的第6.3节中指出,耦合夹能在受试设备各端口的端子、电缆屏蔽层或受试设备的任何其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。
电容耦合夹的结构见图2所示。受试线路的电缆放在耦合夹的上下两块耦合板之间,耦合夹本身应尽可能地合拢,以提供电缆和耦合夹之间的*大耦合电容。
耦合夹的两端各有一个高压同轴接头,用其*靠近受试设备的这一端与发生器通过同轴电缆连接。从图2可以看出,高压同轴接头的芯线与下层耦合板相连,同轴接头的外壳与耦合夹的底板相通,而耦合夹放在参考接地板上。这一结构表明,高压脉冲将通过耦合板与受试电缆之间的分布电容进入受试电缆,而受试电缆所接收到的脉冲仍然是相对参考接地板来说的。因此,通过耦合夹对受试电缆所施加的干扰仍然是共模性质的。
 
明确脉冲群干扰的性质很重要:首先,这与试验方法有关。既然是共模干扰,就一定要与参考接地板关联在一起,离开了参考接地板,共模干扰将加不到受试设备去。其次,既然脉冲群抗扰度试验是抗共模干扰试验,这就决定了试验人员在处理干扰(提高受试设备的抗扰度性能)时,必须采用针对共模干扰的有效措施。
二.采用规范的试验配置是脉冲群抗扰度试验的关键
企业试验人员所犯错误之二是所用的试验配置不规范。其中一部分人是没有理解脉冲群抗扰度试验是共模试验,因此在试验中根本没有考虑采用参考接地板;另一部分人虽然采用参考接地板,但由于没有仔细阅读相应标准,因此使用得很不规范,起不到应有的作用。
下面是在实验室进行脉冲群抗扰度试验时所必须的配置:
1.参考接地板用厚度为0.25mm以上的铜板或铝板(需提醒的是,普通铝板容易氧化,易造成试验仪器、受试设备的接地电缆与参考接地板之间塔接不佳,宜慎用);若用其他金属板材,要求厚度大于0.65mm。
参考接地板的尺寸取决于试验仪器和受试设备,以及试验仪器与受试设备之间所规定的接线距离(1m)。参考接地板的各边至少应比上述组合超出0.1m。
参考接地板应与实验室的保护地相连。
2.试验仪器(包括脉冲群发生器和耦合/去耦网络)放置在参考接地板上。试验仪器用尽可能粗短的接地电缆与参考接地板连接,并要求在搭接处所产生的阻抗尽可能小。
3.受试设备用0.1±0.01m的绝缘支座隔开后放在参考接地板上(如果受试设备是台式设备,则应放置在离参考接地板高度为0.8±0.08m的木头桌子上)。受试设备(或试验桌子)距参考接地板边缘的*小尺寸满足项1(0.1m)的规定。
受试设备应按照设备的安装规范进行布置和连接,以满足它的功能要求。另外,受试设备应按照制造商的安装规范,将接地电缆以尽量小的接地阻抗连接到参考接地板上(注意,不允许有额外的接地情况出现)。当受试设备只有两根电源进线(单相,一根L,一根N),而且不设专门接地线时,受试设备就不能在试验时单独再拉一根接地线。同样,受试设备如果通过三芯电源线进线(单相,一根L,一根N,及一根电气接地线),未设专门接地线时,则此受试设备也不允许另外再设接地线来接地,而且受试设备的这根电气接地线还必须经受抗扰度试验。
4.受试设备与试验仪器之间的相对距离以及电源连线的长度都控制在1m,电源线的离地高度控制在0.1m,如有可能,*好用一个木制支架来摆放电源线。
当受试设备的电源线为不可拆卸,而且长度超过1m时,那么超长部分就应当挽成个直径为0.4m的扁平线圈,并行地放置在离参考接地板上方0.1m处。受试设备与试验仪器之间的距离仍控制为1m。
标准还规定,上述电源线不应采用屏蔽线,但电源线的绝缘应当良好。
5.试验应在试验室中央进行,除了位于受试设备、试验仪器下方的参考接地板以外,它们与其他所有导电性结构(例如屏蔽室的墙壁和实验室里的其他有金属结构的试验仪器和设备)之间的*小距离为0.5m(参见图3所示)。
6.当使用耦合夹做被试系统的抗扰度试验时,耦合夹应放置在参考接地板上,耦合夹到参考接地板的边缘尺寸的*小距离为0.1m。同样,除了位于耦合夹下方的参考接地板以外,耦合夹相对所有其他导电性结构之间的*小距离是0.5m。参见图4所示。
如果试验是针对系统中一台设备(如EUT1)的抗扰度性能测试来说时,则耦合夹与EUT1的距离关系保持不变,而将耦合夹相对EUT2的距离增至5m以上(标准认为较长的导线足够使线路上的脉冲群信号损耗殆尽)。
总之,试验配置的规范性非常重要:1.首先,没有参考接地板,干扰加不到受试设备去;其次,没有足够大的参考接地板就不能保证试验结果的正确性。2.由于脉冲群的单个脉冲波形前沿tr达到5ns,半宽T达到50ns,这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分。按照GB/T17626.1-1998标准(相应的国际标准为IEC61000-4-1)对脉冲波形的幅值-频谱的阐述,幅度较大的谐波频率至少可以达到1/πtr,亦即可以达到60MHz左右,相应的信号波长为5m。对于一根载有60MHz以上频率的电源线来说,那怕长度只有1m,由于导线长度已经可以和信号的波长相比拟,不能再以普通传输线来考虑,信号在线上的传输过程中,部分依然可以通过传输线进入受试设备(传导传输);部分要从线上逸出,成为辐射信号进入受试设备(辐射传输)。因此,受试设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。很明显,传导和辐射的比例将和电源线的长度有关,线路越短,传导成分越多,而辐射比例越小;反之,辐射比例就大。而且辐射的强弱还和电源线与参考接地板之间的相对距离有关(它反映了线路与接地板之间的分布电容),线路离参考接地板越近,则分布电容就越大(容抗越小),干扰信号越不容易以辐射方式逸出;反之亦反。由此可见,试验用的电源线长短,电源线离参考接地板的高度,乃至电源线与受试设备的相对位置,都可成为影响试验结果的因素。因此,为了保证试验结果的重复性和可比性,注意试验配置的规范性就变得十分重要。
三.脉冲群抗扰度试验中的设备失效机理
企业试验人员对于脉冲群抗扰度试验的误解还表现在,他们简单地认为在脉冲群抗扰度试验中受试设备有一个门槛电平,干扰低于这个电平,设备工作正常;干扰高于这个电平,设备就失效。
根据国外学者对脉冲群干扰造成设备失效的机理的研究,脉冲群试验是利用干扰信号对设备线路结电容的充电,当上面的能量积累到一定程度之后,就可能引起线路(乃至系统)出错。因此,线路出错会有个过程,而且会有一定偶然性(不能保证间隔多少时间,线路一定出错,特别是当试验电压达到临界点附近时)。为此,一些产品试验规定,在电源线上的试验通过耦合/去耦网络以共模方式进行,在每一根线(包括设备的电气接地线)对地(对参考接地板)施加试验电压。要求每一根线在一种试验电压极性下做三次,每次一分钟,中间相隔一分钟。在一种极性做完后,换做另一个极性。一根线做完后,换做另一根线。当然也可以把脉冲同时注入两根线,甚至几根线。由于脉冲群信号在电源线上的传输过程十分复杂,很难判断究竟是分别施加脉冲,还是一起施加脉冲,设备更容易失效。因此在几根线上同时施加脉冲也仅仅作为一种干扰的形式加以采用而已,*终应通过试验来下结论。此外,也有一些标准(如GB4343.2-1999《电磁兼容   家用电器、电动工具和类似器具的要求   第2部分:抗扰度—产品类标准》)规定在每一根线上施加2分钟的正极性试验电压,稍事间隔,再加2分钟的负极性电压。可以看出,不同标准有不同规定,但都有一个相对较长的试验过程,以避免试验中的偶然性,并通过尽可能多的试验组合,将设备的隐患暴露出来。
实践表明,一台设备往往是某一根线,在某一种试验电压极性下特别敏感。
在谈到试验的可比性方面,要特别提醒企业试验人员的是,除了试验配置的规范性外,还要注意每次试验附在受试设备上的附加导线的根数、附加导线的摆放位置是否一致。这是因为脉冲群试验除了有传导干扰外,还存在一定程度的辐射干扰,不同的附加导线数目,不同的附加导线摆放位置,受试设备对辐射干扰的响应情况是不同的。
此外,还要提醒试验人员的是,不同的试验运行程序,也可能影响试验结果,这是因为不同的试验运行程序对试品结电容的充放电情况也是不同的。
总之,试验人员对试验情况都要仔细记录在案,便于日后对试验结果有可追溯性。
 
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